專利名稱：農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)作物秸稈廢棄物資源的利用，特別涉及針對(duì)秸稈不均一特性，而提供的一種蒸汽爆破和機(jī)械梳理相耦合的農(nóng)作物秸稈組織分級(jí)分離方法。
背景技術(shù)：
農(nóng)作物秸稈與木材同屬于通過(guò)光合作用積累的可再生性木質(zhì)纖維素資源，但是木材被大量利用，而秸稈卻大量被焚燒或廢棄。原因存在以下幾點(diǎn)(1)秸桿生物結(jié)構(gòu)的不均一性，即莖桿、葉、穗、鞘等各占一定比例，而且各部分的化學(xué)成分及纖維形態(tài)差異很大，某些部位的纖維特征還要優(yōu)于某些闊葉木纖維(表1和表2)，說(shuō)明秸稈的這些部位具有高值利用的潛力。收獲秸稈一般不進(jìn)行不同器官的分離，因此整株秸稈中含有多種器官和組織。而木材在采伐后，一般要進(jìn)行撥皮處理，實(shí)際使用的是整個(gè)樹(shù)干的木質(zhì)部。(2)化學(xué)成分的差異，秸稈中含有大量半纖維素，灰分含量高大于1％，有些稻草則可高達(dá)10％以上。(3)纖維形態(tài)的特征差異，秸稈中細(xì)小纖維組分及雜細(xì)胞組分含量高，多達(dá)40％～50％左右，纖維細(xì)胞含量低為40％～70％。而木材雜細(xì)胞含量低，纖維細(xì)胞含量高闊葉材含量為60％～80％，針葉材含量達(dá)90％～95％。表3列出了整株麥草與木材化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異表1玉米秸稈不同部位的纖維長(zhǎng)寬比較表


表2若干種楊木纖維的形態(tài)特征

表3麥草與木材的化學(xué)結(jié)構(gòu)的比較


從表3可以看出麥草與木材相比，無(wú)論在化學(xué)組成，還是在木質(zhì)素、半纖維素的結(jié)構(gòu)上都存在著大差異。
表1和表2說(shuō)明農(nóng)作物秸稈不同部位(器官)的結(jié)構(gòu)和成分也存在很大差異。玉米秸稈皮的主要成分是纖維素和木質(zhì)素，它強(qiáng)度高、韌性好，是造紙、人造板等行業(yè)的好材料，其纖維性能甚至優(yōu)于楊樹(shù)纖維。秸穰和秸葉含有豐富的粗蛋白、粗脂肪、半纖維素和糖等，是牲畜的優(yōu)良飼料。但在未分離前將其用作飼料，適口性差，采食率低，咀嚼困難，采食的時(shí)候，消耗較多的體能，飼喂過(guò)程中還浪費(fèi)部分精料。將其用于造紙時(shí)，由于糖和蛋白含量，至使?jié){液黏度大，生產(chǎn)效率低，成本增加。用于人造板時(shí)，由于秸穰的存在，板的吸水性大，質(zhì)量難過(guò)關(guān)。于是，如何將玉米秸的皮、穰和葉進(jìn)行大規(guī)模分離，改善使用性能、拓寬應(yīng)用領(lǐng)域、提高利用價(jià)值，便成為其綜合利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，開(kāi)發(fā)針對(duì)秸稈特殊結(jié)構(gòu)的組分分離技術(shù)體系及其裝置，能大大提高秸稈的利用效率，部分代替木材。
組分分離的目的是以最大得率分離纖維質(zhì)原料中各個(gè)組分，以盡可能地保持分子的完整性，以最大可能的優(yōu)化利用和最終實(shí)現(xiàn)最大價(jià)值?，F(xiàn)有各類預(yù)處理技術(shù)是在木材預(yù)處理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，雖然取得了很大進(jìn)展，但仍然難以實(shí)現(xiàn)秸稈各組分的全利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，即針對(duì)農(nóng)作物秸稈包括多種組分、多種細(xì)胞、多個(gè)器官和多個(gè)組織的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的能將秸稈的不同部位，不同組分進(jìn)行組織水平上的清潔分離，分離得到高質(zhì)量的纖維，可用于制漿造紙，部分代替木材纖維，分離得到的其他組分可用于發(fā)酵，從而克服了傳統(tǒng)組分分離方法的污染、單一組分利用的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，其步驟如下1)將切短后的農(nóng)作物秸稈直接置入蒸汽爆破裝置中進(jìn)行蒸汽爆破處理；2)然后用梳理分級(jí)裝置對(duì)上述蒸汽爆破處理后的農(nóng)作物秸稈料進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，分別得到農(nóng)作物秸稈的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞；所述的農(nóng)作物秸稈為麥草、稻草、玉米秸稈、高粱秸稈或大豆秸。
本發(fā)明提供的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，還可如下步驟1)將切短后的農(nóng)作物秸稈用大部位分離裝置進(jìn)行莖、葉、根、皮及穰各部位的粗分離；2)采用蒸汽爆破裝置對(duì)粗分離后的農(nóng)作物秸稈的不同部位分別進(jìn)行蒸汽爆破處理；3)采用梳理分級(jí)裝置對(duì)上述蒸汽爆破處理后的農(nóng)作物秸稈的不同部位分別進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，分別得到農(nóng)作物秸稈的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞；所述的農(nóng)作物秸稈為麥草、稻草、玉米秸稈、高粱秸稈或大豆秸。
當(dāng)農(nóng)作物秸稈為麥草和稻草時(shí)，只需對(duì)其進(jìn)行莖和葉的粗分離，然后進(jìn)行蒸汽爆破處理；和其不同部位分別進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理。
本發(fā)明的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法可以根據(jù)秸稈不同部位的結(jié)構(gòu)存在很大差異這一不均一性特點(diǎn)，采用蒸汽爆破和機(jī)械梳理耦合技術(shù)，對(duì)秸稈進(jìn)行組織水平上的分離，可以得到富含優(yōu)質(zhì)纖維的纖維束組織、雜細(xì)胞和細(xì)小纖維組織；纖維束組織部分可用于制漿造紙、再生纖維素的生產(chǎn)等，從而可代替部分木材，節(jié)省木材資源。分離得到的雜細(xì)胞和細(xì)小纖維，易于被微生物利用，可用于生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品。該發(fā)明克服了傳統(tǒng)組分分離方法的污染、單一組分利用的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了秸稈的清潔高值全利用。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明本發(fā)明提供的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，其步驟如下1)將切短后的農(nóng)作物秸稈直接置入蒸汽爆破裝置中進(jìn)行蒸汽爆破處理；2)然后用梳理分級(jí)裝置對(duì)上述蒸汽爆破處理后的農(nóng)作物秸稈料進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，分別得到農(nóng)作物秸稈的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞；所述的農(nóng)作物秸稈為麥草、稻草、玉米秸稈、高粱秸稈或大豆秸。
本發(fā)明提供的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，還可如下步驟1)將切短后的農(nóng)作物秸稈用大部位分離裝置進(jìn)行莖、葉、根、皮及穰各部位的粗分離；2)采用蒸汽爆破裝置對(duì)粗分離后的農(nóng)作物秸稈的不同部位分別進(jìn)行蒸汽爆破處理；3)采用梳理分級(jí)裝置對(duì)上述蒸汽爆破處理后的農(nóng)作物秸稈的不同部位分別進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，分別得到農(nóng)作物秸稈的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞；所述的農(nóng)作物秸稈為麥草、稻草、玉米秸稈、高粱秸稈或大豆秸。
當(dāng)農(nóng)作物秸稈為麥草和稻草時(shí)，只需對(duì)其進(jìn)行莖和葉的粗分離，然后進(jìn)行蒸汽爆破處理；和其不同部位分別進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理。
所得到的纖維束組織可用于造紙、制備原生纖維、紡織和再生纖維等。
所得到的雜細(xì)胞和細(xì)小纖維可用于發(fā)酵，生產(chǎn)纖維素酶、黃原膠、漆酶、生物柴油、飼料蛋白、生物肥料等發(fā)酵產(chǎn)品。
實(shí)施例1將風(fēng)干玉米秸稈用莖葉分離機(jī)進(jìn)行粗分離，分別得到去葉的莖和葉；然后再用皮穰分離機(jī)進(jìn)行皮和穰的分離，分別得到皮和穰。
將得到的皮、葉、穰分別置入蒸汽爆破裝置中，分別在不同條件下進(jìn)行蒸汽爆破；之后將含水量調(diào)整為20-60％，再分別送入A186型梳理分級(jí)裝置進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，便分別得到玉米秸稈的優(yōu)質(zhì)纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)。所得到的優(yōu)質(zhì)纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿。所得到的雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)可以直接用于發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶。
實(shí)施例2將風(fēng)干玉米秸稈用莖葉分離機(jī)進(jìn)行分離，分別得到去葉的莖和葉；然后再用皮穰分離機(jī)進(jìn)行皮和穰的分離，分別得到皮和穰；將皮、葉、穰分別在不同條件下進(jìn)行蒸汽爆破，之后將含水量調(diào)整為20-60％并添加1-5‰的柔軟劑，再送入A186型梳理分級(jí)裝置，便分別得到纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)。
將所得到的纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿；制得的紙漿可再經(jīng)堿活化后，加過(guò)量尿素投入N，N二甲基乙酰胺中于150℃反應(yīng)5小時(shí)，得到纖維素氨基甲酸酯；將氨基甲酸酯投入0℃左右的9％NaOH中攪拌溶解24～36小時(shí)，過(guò)濾不溶部分，得到5％纖維素氨基甲酸酯溶液。將紡絲原液通過(guò)紡絲裝置噴入含3％H2SO4的凝固浴中，得到干強(qiáng)達(dá)2.9cN/dtex的纖維長(zhǎng)絲。所得到的雜細(xì)胞可直接用于發(fā)酵產(chǎn)生生物肥料。
實(shí)施例3將風(fēng)干高粱秸稈用莖葉分離機(jī)進(jìn)行分離，分別得到去葉的莖和條狀的葉；然后再用皮穰分離機(jī)進(jìn)行皮和穰的分離，分別得到皮和穰；將皮、葉、穰分別在不同條件下進(jìn)行蒸汽爆破，之后將含水量調(diào)整為20-60％，再送入A186型梳理分級(jí)裝置，便分別得到纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)。
所得到的纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿。所得到的雜細(xì)胞可以直接用于發(fā)酵產(chǎn)微生物油脂。
實(shí)施例4將風(fēng)干麥草進(jìn)入莖葉分離機(jī)進(jìn)行分離，分別得到去葉的莖和葉；然后分別將葉和莖在不同條件下進(jìn)行蒸汽爆破，之后將含水量調(diào)整為20-60％，再送入A186型梳理分級(jí)裝置，便分別得到纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)；所得到的纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿。雜細(xì)胞經(jīng)酶解后用于發(fā)酵產(chǎn)黃原膠。制得的紙漿可再經(jīng)堿活化后，加過(guò)量尿素投入N，N二甲基乙酰胺中于150℃反應(yīng)5小時(shí)，得到纖維素氨基甲酸酯；將氨基甲酸酯投入0℃左右的9％NaOH中攪拌溶解24～36小時(shí)，過(guò)濾不溶部分，得到5％纖維素氨基甲酸酯溶液。將紡絲原液通過(guò)紡絲裝置噴入3％H2SO42的凝固浴中，所得到干強(qiáng)達(dá)3.0cN/dtex的纖維長(zhǎng)絲。
所得到的雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)可直接用于發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白。
實(shí)施例5將稻草直接進(jìn)行蒸汽爆破，之后將含水量調(diào)整為20-60％，再送入A186型梳理分級(jí)裝置，便分別得到纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)。
所得到的纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿。所得到的雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)可直接用于發(fā)酵生產(chǎn)生物肥料。
實(shí)施例6將大豆秸稈切短至3-20cm長(zhǎng)的短塊，然后進(jìn)行蒸汽爆破，之后將含水量調(diào)整為20-60％，并添加1-5‰的柔軟劑，再送入A186型梳理分級(jí)裝置，便分別得到纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)。
所得到的纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿。
所得到的雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)可直接用于發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白。
實(shí)施例7將鮮玉米秸稈切短至3-20cm長(zhǎng)的短塊，然后進(jìn)行蒸汽爆破；之后將含水量調(diào)整為20-60％，并添加1-5‰的柔軟劑，再送入A186型梳理分級(jí)裝置，便分別得到纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)。
所得到的纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿；所得到的雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)可直接用于發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白。
實(shí)施例8將麥草直接進(jìn)行蒸汽爆破；之后將含水量調(diào)整為20-60％，并添加1-5‰的柔軟劑，再送入A186型梳理分級(jí)裝置，便分別得到纖維束組織和雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)。
所得到的纖維束組織經(jīng)進(jìn)一步脫木質(zhì)素，漂白后，磨漿，可得到高質(zhì)量的紙漿。
所得到的雜細(xì)胞(包括細(xì)小纖維組織)可直接用于發(fā)酵生產(chǎn)生物肥料。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，其步驟如下1)將切短后的農(nóng)作物秸稈直接置入蒸汽爆破裝置中進(jìn)行蒸汽爆破處理；2)然后用梳理分級(jí)裝置對(duì)上述蒸汽爆破處理后的農(nóng)作物秸稈料進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，分別得到農(nóng)作物秸稈的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞；所述的農(nóng)作物秸稈為麥草、稻草、玉米秸稈、高粱秸稈或大豆秸。
2.一種農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，其步驟如下1)將切短后的農(nóng)作物秸稈用大部位分離裝置進(jìn)行莖、葉、根、皮及穰各部位的粗分離；2)采用蒸汽爆破裝置對(duì)粗分離后的農(nóng)作物秸稈的不同部位分別進(jìn)行蒸汽爆破處理；3)采用梳理分級(jí)裝置對(duì)上述蒸汽爆破處理后的農(nóng)作物秸稈的不同部位分別進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，分別得到農(nóng)作物秸稈的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞；所述的農(nóng)作物秸稈為麥草、稻草、玉米秸稈、高粱秸稈或大豆秸。
3.按權(quán)利要求2所述的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，其特征在于，所述農(nóng)作物秸稈為麥草和稻草時(shí)，只需對(duì)其進(jìn)行莖和葉的粗分離，然后進(jìn)行蒸汽爆破處理；和其不同部位分別進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及的農(nóng)作物秸稈組分組織分級(jí)分離方法，步驟如下將秸稈進(jìn)行莖、葉、根、皮及穰各部位的粗分離或者不進(jìn)行粗分離；再對(duì)其進(jìn)行或分別進(jìn)行蒸汽爆破處理；然后再分別對(duì)蒸汽爆破處理后的不同部位秸稈進(jìn)行抓分梳理和篩分分級(jí)處理，得到農(nóng)作物秸稈的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞。本發(fā)明針對(duì)秸稈各部位結(jié)構(gòu)和組成的差異，采用蒸汽爆破-機(jī)械梳理分級(jí)對(duì)其進(jìn)行組織水平上的耦合分離，得到富含優(yōu)質(zhì)纖維的纖維束組織和包括細(xì)小纖維組織的雜細(xì)胞；纖維束組織可用于制漿造紙、再生纖維素的生產(chǎn)，可代替部分木材，節(jié)省木材資源；雜細(xì)胞易于被微生物利用，可用于生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品。
文檔編號(hào)D21B1/30GK101058948SQ200610075690
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者陳洪章, 劉麗英, 靳勝英, 翟蔚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所